JPH0634244U - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 マイクロ波発振器２２と、マイクロ波を伝送
する導波管２１と、導波管２１に接続された誘電体線路
２０と、誘電体線路２０に対向配置されたマイクロ波導
入窓１６を有する反応器１０と、反応器１０内に設けら
れた試料保持部４１とを備えたマイクロ波プラズマ処理
装置において、試料保持部４１が透明部材を用いて形成
され、試料保持部４１の下方に加熱源としての赤外線ラ
ンプ４２が配設されているマイクロ波プラズマ処理装
置。 【効果】 試料Ｓを赤外線放射エネルギにより直接加熱
することができ、試料Ｓの昇温速度を速めることができ
る。また、赤外線ランプ４２の出力は容易に調整が可能
であり、中心部に配設されたものに比較して外周部に配
設されたものの出力を所要量だけ大きくすることがで
き、試料Ｓを均一に加熱することができる。したがっ
て、アッシング処理の効率と面内均一性を高めることが
できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はマイクロ波プラズマ処理装置に関し、より詳細には例えば半導体デバ イスの製造工程で形成されたレジストをアッシングするのに用いられるマイクロ 波プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体デバイスの製造工程において、ウエハ上に塗布されたフォトレジストの 剥離・除去は頻繁に行われる。近年、公害問題対策等の関連から、半導体デバイ スの各製造工程はウエットプロセスからドライプロセスに移行してきており、レ ジストの剥離方法においても酸素プラズマを用いたアッシングが主流となってき ている。

【０００３】 従来のプラズマを用いたアッシング方法では、一度に多数枚のウエハを処理す ることが可能なバレル型の装置が用いられている。しかしながら、バレル型の装 置にあってはウエハがプラズマに直接曝され、荷電粒子によってダメージを受け るおそれがあるため、高集積化に対応した半導体デバイスが得られ難いという問 題が生じている。そこで荷電粒子によるダメージの少ないアッシング装置として 、ＳＷＰ（Surface Wave Plasma)現象を利用したマイクロ波プラズマ処理装置が 検討されてきている。

【０００４】 図４は従来のマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に示した断面図であり、図 中１０は略中空直方体形状の反応器を示している。反応器１０はアルミニウム等 の金属により形成され、反応器１０の周囲壁１０ａは二重構造となっており、そ の内部には冷却水通路１２が形成され、冷却水通路１２に流れる冷却水は冷却水 導入口１２ａから供給され、冷却水排出口１２ｂから排出されるようになってい る。冷却水通路１２の内側にはプラズマ生成室１３とアッシング処理室１４とが 形成されており、プラズマ生成室１３とアッシング処理室１４とは複数個の孔１ ５ａを有するグリッド（grid: 格子状仕切り板）１５で仕切られている。プラズ マ生成室１３の上部は、マイクロ波の透過性を有し、誘電損失が少なく、かつ耐 熱性を有する石英ガラス、パイレックスガラス等の誘電体板を用いて形成された マイクロ波導入窓１６によって気密状態に封止されている。アッシング処理室１ ４内部におけるグリッド１５と対向する箇所には試料Ｓを載置・保持するために アルミニウム等の金属を用いて形成された試料保持部３１が配設され、試料保持 部３１はこの下面の外周部近傍に形成された試料台支持壁１０ｂにより支持され 、試料台支持壁１０ｂは反応器１０の下部壁１０ｃに接続されている。試料保持 部３１内部には試料Ｓを加熱するための電熱抵抗体３２が配設されており、電熱 抵抗体３２はパワー制御機構（図示せず）を備え反応器１０下方に配設された電 源３３に接続されている。反応器１０の下部壁１０ｃには、排気装置（図示せず ）に接続された排気口１７が形成され、周囲壁１０ａの所定箇所にはプラズマ生 成室１３内に所要の反応ガスを供給するためのガス供給管１８が接続されている 。

【０００５】 一方、反応器１０の上方には誘電体線路２０が配設されており、誘電体線路２ ０の上部にはアルミニウム等の金属板を用いて形成された枠体２０ａが配設され 、枠体２０ａ下面には誘電損失の小さいフッ素樹脂、ポリエチレンあるいはポリ スチレン等を用いて形成された誘電体層２０ｂが貼着されている。誘電体線路２ ０には導波管２１を介してマイクロ波発振器２２が連結されており、マイクロ波 発振器２２からのマイクロ波が導波管２１を介して誘電体線路２０に導入される ようになっている。

【０００６】 このように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて例えば試料保持部 ３１上に載置・保持された試料Ｓ表面にアッシング処理を施す場合、まず排気口 １７から排気を行なってプラズマ生成室１３及びアッシング処理室１４内を所要 の真空度に設定した後、ガス供給管１８からプラズマ生成室１３内に所要の反応 ガスを供給する。また冷却水を冷却水導入口１２ａから供給し、冷却水排出口１ ２ｂから排出することによって冷却水通路１２内に循環させる。さらに電源３３ から所要量の電力を電熱抵抗体３２に供給し、試料保持部３１を介して試料Ｓを 加熱する。次いで、マイクロ波発振器２２においてマイクロ波を発振させ、この マイクロ波を導波管２１を介して誘電体線路２０に導入する。すると誘電体線路 ２０下方に電界が形成され、形成された電界がマイクロ波導入窓１６を透過して プラズマ生成室１３内に供給されてプラズマを生成させる。生成されたプラズマ 中の荷電粒子はグリッド１５により捕獲され、主にラジカル等の中性粒子のみが 孔１５ａを透過してアッシング処理室１４内の試料Ｓ周辺に導かれ、試料Ｓ上の レジストをアッシングする。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

一般に、試料Ｓ上のレジストをアッシングする場合、試料Ｓの温度を高くする とアッシング速度が速くなることが知られている。一方、試料Ｓの温度を所定温 度（略２００℃）以上に高くすると、レジスト層中におけるイオン注入等により 形成された硬化層と非硬化層との熱膨張率が異なることに起因してバーストが生 じ、このバースト片が除去し得ない残渣として試料Ｓ上に形成され、半導体デバ イスの歩留りを悪化させる。したがって、アッシングを効率よく行い、かつバー ストを生じさせないようにするには、試料Ｓを所定温度にまで速やかに昇温させ 、かつ試料Ｓ全体を均一な温度に加熱する必要がある。

【０００８】 図６（ａ）（ｂ）は電熱抵抗体３２が配設された従来のマイクロ波プラズマ処 理装置を使用し、直径が８インチのウエハにアッシング処理を施した際の試料Ｓ の昇温速度及び温度分布を示した曲線図であり、（ａ）はウエハの中心部におけ る昇温速度、（ｂ）はウエハの部位別温度分布を示している。従来のマイクロ波 プラズマ処理装置においては、電熱抵抗体３２によって生じた熱は試料保持部３ １の下部から上部へ向けて伝導され、次に試料保持部３１との当接面を経て試料 Ｓに伝導されており、図６（ａ）に示したように、試料Ｓを２００℃に加熱する のに略２０分を要していた。すなわちアッシング処理の効率を高めるためには、 さらに昇温速度を速める必要があった。また、従来のマイクロ波プラズマ処理装 置においては試料Ｓ周辺部からの熱放散が大きく、図６（ｂ）で示したように、 試料Ｓ中心部に比べて試料Ｓ外周部の温度が低くなり、したがって試料Ｓにおい てアッシング速度及び品質にムラが生じるおそれがあるという課題があった。

【０００９】 本考案はこのような課題に鑑みなされたものであり、試料Ｓの昇温速度を速め ることができ、かつ試料Ｓの温度分布を均一にすることができ、したがってアッ シング処理の効率と面内均一性とを高めることができるマイクロ波プラズマ処理 装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、マイ クロ波発振器と、マイクロ波を伝送する導波管と、該導波管に接続された誘電体 線路と、該誘電体線路に対向配置されたマイクロ波導入窓を有する反応器と、該 反応器内に設けられた試料保持部とを備えたマイクロ波プラズマ処理装置におい て、前記試料保持部が透明部材を用いて形成され、前記試料保持部の下方に加熱 源としての赤外線ランプが配設されていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】

本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置によれば、試料保持部が透明部材を 用いて形成され、試料保持部の下方に加熱源としての赤外線ランプが配設されて いるので、試料Ｓが試料保持部を透過した放射熱により直接加熱されることとな り、前記試料Ｓの昇温速度が速められることとなる。また、前記赤外線ランプは 出力調整が容易であるため、中央部に配設されたものに比較して外周部に配設さ れたものの出力を所要量だけ大きくし得ることとなり、前記試料Ｓの温度分布が 均一になるように容易に加熱し得ることとなる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置の実施例を図面に基づいて説 明する。図１は実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に示した断面 図である。ただし、図１に示した装置の構成は試料保持部４１、赤外線ランプ４ ２及び電源４３を除いて図４に示した従来のマイクロ波プラズマ処理装置と同様 であるため、ここではその詳細な説明を省略し、従来のものと相違する箇所につ いてのみその構成を説明する。なお、従来例と同一の機能を有する構成部品には 同一の符号を付すこととする。

【００１３】 図中４１は透明の石英を用いて形成された試料Ｓを載置・保持するための試料 保持部であり、試料保持部４１下方の所定箇所には加熱源としての赤外線ランプ ４２が配設されている。赤外線ランプ４２には、発光体４２ａのそれぞれが異な る出力になるように調整・制御する機構（図示せず）が接続され、かつ反応器１ ０下方に配設された電源４３が接続されている。赤外線ランプ４２は図２に示し たように、例えば透明の石英ガラス管内にタングステン・フィラメントを封じ込 めて形成された発光体４２ａと、放物面状に形成され、かつ発光体４２ａを焦点 として配設されたアルミニウム製の反射鏡４２ｂとが複数個ほど並列状に組み合 わされて構成されたものであり、発光体４２ａにおいて発生した赤外線エネルギ は、図中点線で示したように反射鏡４２ｂ面上で反射され、透明石英製の試料保 持部４１を透過して反射鏡４２ｂと対向する側の試料Ｓ面に垂直に照射されるよ うになっている。

【００１４】 このように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、例えば試料保持 部４１上に載置・保持された試料Ｓ表面にアッシング処理を施す際において試料 Ｓを略２００℃に加熱する場合、発光体４２ａを２００℃に加熱させ得る所定の 出力に設定し、かつ試料Ｓ中心部の下方に配設された発光体４２ａに比べて試料 Ｓ外周部の下方に配設された発光体４２ａの出力を所要量だけ大きく設定する。 そして通電によってタングステン・フィラメントから発生させた赤外線エネルギ を透明石英製の試料保持部４１を透過させた後、試料Ｓに照射させて試料Ｓを略 ２００℃に加熱する。

【００１５】 以下に、実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、試料Ｓの温度を 測定した結果について説明する。 図３は、長さＬが１００mm、幅Ｗが１８０mm、厚さｔが０．５mmのステンレス 板を試料Ｓとし、図２に示したように試料Ｓと赤外線ランプ４２との距離ｄを変 化させて試料Ｓを加熱した際における昇温速度を示した曲線図である。図３から 明らかなように、実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置では、２分以内とい う極めて短時間で試料Ｓを２００℃まで昇温させることができた。 また、図４（ａ）（ｂ）は直径が８インチのウエハを試料Ｓとしてアッシング 処理を施した際の試料Ｓの温度分布及び発光体４２ａの出力分布を示した曲線図 であり、（ａ）はウエハの部位別温度分布、（ｂ）は発光体４２ａの出力分布を 示している。図４から明らかなように、赤外線ランプ４２における発光体４２ａ の出力を中心部では略３５０W に設定し、外周部では略４００W に設定すること により、試料Ｓ全体を略２００℃に均一に加熱することができた。

【００１６】 また、実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置を使用することにより、試料 Ｓにおける温度分布の均一性を高めてアッシング処理の面内均一性を高めること ができる。

【００１７】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、試 料保持部が透明部材を用いて形成され、前記試料保持部の下方に加熱源としての 赤外線ランプが配設されているので、試料Ｓを試料保持部を透過した放射熱によ り直接加熱することができ、前記試料Ｓの昇温速度を速めることができる。また 、前記赤外線ランプの出力は容易に調整が可能であり、中心部に配設されたもの に比較して外周部に配設されたものの出力を所要量だけ大きくすることができ、 前記試料Ｓを均一に加熱することができる。したがって、アッシング処理の効率 と面内均一性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置の実
施例を模式的に示した断面図である。

【図２】実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置の赤
外線ランプの構造と照射方法とを示した概略図である。

【図３】実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置を使
用し、ステンレス板を加熱した際の昇温速度を示した曲
線図である。

【図４】実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置を使
用し、直径が８インチのウエハを試料Ｓとしてアッシン
グ処理を施した際における試料Ｓの温度分布及び発光体
の出力分布を示した曲線図であり、（ａ）はウエハの部
位別温度分布、（ｂ）は発光体の出力分布を示してい
る。

【図５】従来のマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に
示した断面図である。

【図６】従来のマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、
直径が８インチのウエハを試料Ｓとしてアッシング処理
を施した際における試料Ｓの昇温速度及び温度分布を示
した曲線図であり、（ａ）はウエハの中心部における昇
温速度、（ｂ）はウエハの部位別温度分布を示してい
る。

【符号の説明】

１１ 反応器 １６ マイクロ波導入窓 ２０ 誘電体線路 ２１ 導波管 ２２ マイクロ波発振器 ４１ 試料保持部 ４２ 赤外線ランプ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
   する導波管と、該導波管に接続された誘電体線路と、該
   誘電体線路に対向配置されたマイクロ波導入窓を有する
   反応器と、該反応器内に設けられた試料保持部とを備え
   たマイクロ波プラズマ処理装置において、前記試料保持
   部が透明部材を用いて形成され、前記試料保持部の下方
   に加熱源としての赤外線ランプが配設されていることを
   特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。